HIVERT-Y(T)VF 礦井提升機(jī)高壓變頻器

異步提升機(jī)系列

 

同步提升機(jī)系列

  

• （6kV/10kV）315-4500kW/400-6000kVA
• HIVERT-Y(T)VF 礦井提升機(jī)高壓變頻器

 

 

啟動(dòng)柜

當(dāng)變頻器適配電機(jī)功率≥1800kW時(shí)，系統(tǒng)增配啟動(dòng)柜。啟動(dòng)柜可以有效抑制變壓器上電瞬間的激磁涌流，防止引起上級(jí)電源柜速斷保護(hù)裝置動(dòng)作，還可以為單元直流電容預(yù)充電。

啟動(dòng)柜中配置啟動(dòng)電阻，可降低上電產(chǎn)生的沖擊電流。不同容量變頻器啟動(dòng)電阻阻值及功率有所不同，預(yù)充電后，按照設(shè)定程序，通過真空接觸器短接電阻。

 

 變壓器

隔離變壓器為干式變壓器，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷：原邊為星形接法，與進(jìn)線高壓直接相連或通過啟動(dòng)柜相連；副邊繞組為延邊三角形接法，繞組間有固定的相位差，通過電抗器為功率單元提供電源。

變壓器配有溫控儀，控制系統(tǒng)通過溫控儀實(shí)時(shí)監(jiān)控變壓器繞組溫度：當(dāng)變壓器繞組溫度較高時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報(bào)警并開啟變壓器底部風(fēng)機(jī)；當(dāng)溫度超過報(bào)警或跳閘設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報(bào)警或跳閘信號(hào)。

 

功率單元

功率單元輸入端與電抗器相連后接變壓器二次線圈的三相低壓輸出。當(dāng)變頻器適配電機(jī)功率小于1800kW時(shí)，功率單元增加緩沖環(huán)節(jié)，用以單元預(yù)充電限流及保護(hù)輸入側(cè)IGBT。

  

當(dāng)變頻器適配電機(jī)功率超過或等于1800kW時(shí)，取消單元緩沖環(huán)節(jié)，由啟動(dòng)柜實(shí)現(xiàn)單元預(yù)充電限流及保護(hù)輸入側(cè)IGBT功能，因此功率單元與電抗器直接相連。

 

HIVERT-Y(T)VF系列產(chǎn)品理論具備100%額定功率的能量回饋能力。功率單元利用IGBT進(jìn)行同步整流：同步整流控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)單元輸入電壓幅值及相位，通過控制整流側(cè)IGBT所產(chǎn)生的電壓與單元輸入電壓的相位差，從而控制電功率在電網(wǎng)與功率單元之間的流向——單元電壓相位超前，功率單元將電能回饋給電網(wǎng)，反之電功率由電網(wǎng)注入功率單元。

電功率的大小及流向由單元電壓決定。就同步整流而言，整流側(cè)相當(dāng)于一個(gè)穩(wěn)壓電源，相位差偏差通過矢量控制算法、PID調(diào)節(jié)生成。

 

控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由控制器、接口板和人機(jī)界面（包括柜門按鈕等）組成。

 

HIVERT-YVF系列變頻器采用轉(zhuǎn)子帶速度反饋的矢量控制技術(shù)。在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定位坐標(biāo)下，電機(jī)定子電流分解成勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流。維持勵(lì)磁電流不變，控制轉(zhuǎn)矩電流也就控制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)轉(zhuǎn)速采用閉環(huán)控制。實(shí)際運(yùn)行中給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值通過PID調(diào)節(jié)生成轉(zhuǎn)矩電流i_T*。經(jīng)過矢量變換將i_T*、i_M*與實(shí)際反饋回的勵(lì)磁電流i_M轉(zhuǎn)矩電流i_T相比較，經(jīng)過空間矢量控制，*終生成三相電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

  

HIVERT-TVF系列變頻器通過矢量控制系統(tǒng)的解耦, 速度給定（頻率給定）與速度反饋相減得出速度誤差，速度誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出轉(zhuǎn)矩電流給定iqref；idref勵(lì)磁電流給定是根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)需要進(jìn)行調(diào)整其值根據(jù)不同的電機(jī)和負(fù)載得出的經(jīng)驗(yàn)值。

電機(jī)三相電流反饋ia、ic經(jīng)傳感器采樣，然后再根據(jù)轉(zhuǎn)子位置電氣角度θ進(jìn)行Clarke變換，變換后輸出ialpha、ibeta；ialpha、ibeta經(jīng)Park變換輸出id、iq；id、iq值與給定值iqref、idref求誤差，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后輸出Vsqref、Vsdref；Vsqref、Vsdref和轉(zhuǎn)子位置電氣角度θ經(jīng)過Park逆變換輸出Valpha、Vbeta；Valpha、Vbeta經(jīng)過Clarke逆變換輸出電機(jī)定子三相電壓Va、Vb、Vc值；三相電壓Va、Vb、Vc值作為PWM（脈寬調(diào)制）的比較值比較輸出PWM波形到逆變器從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

合康礦井提升機(jī)用四象限高壓變頻器有HIVERT-YVF和HIVERT-TVF兩種系列。其中，HIVERT-YVF適配異步電機(jī)，HIVERT-TVF適配同步電機(jī)。這兩種系列變頻器均由移相變壓器、功率單元和控制系統(tǒng)（包括：控制器、接口板和人機(jī)界面）構(gòu)成。

當(dāng)變頻器適配電機(jī)功率≥1800kW時(shí)，系統(tǒng)增配啟動(dòng)柜。

 

1、有PG矢量控制方式

 

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器采用有PG矢量控制方式，在全頻率段穩(wěn)定輸出正弦波電流。系統(tǒng)可以對(duì)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，并具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、電機(jī)的加（減）速度特性好等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于系統(tǒng)配置速度編碼器，因此電機(jī)調(diào)速范圍廣，且系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，具有電機(jī)超速保護(hù)能力。另外，在配合外部保護(hù)信號(hào)情況下，可實(shí)現(xiàn)短時(shí)、快速有效電氣制動(dòng)。

 

 

2、額定功率回饋能力

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器中功率單元采用PWM全控整流方式，功率單元利用IGBT進(jìn)行同步整流，通過控制整流側(cè)IGBT所產(chǎn)生的電壓與單元輸入電壓的相位差，從而控制電功率在電網(wǎng)與功率單元之間的流向，使變頻器*大回饋功率達(dá)到額定輸出功率，達(dá)到短時(shí)制動(dòng)的要求。

 

 

3、低頻高轉(zhuǎn)矩輸出

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器具有對(duì)轉(zhuǎn)矩電流單獨(dú)控制的特點(diǎn)，使電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下能夠輸出較大轉(zhuǎn)矩，滿足提升機(jī)對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求。此外，在提升機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，盤形閘松開前變頻器能夠提供初始轉(zhuǎn)矩電流，避免罐籠在松閘后溜車。

 

4、自動(dòng)識(shí)別參數(shù)功能

對(duì)于矢量控制方式下所需的電機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)，HIVERT-YVF系列變頻器可通過“空載啟動(dòng)”模式進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，檢測(cè)空載勵(lì)磁電流I₀和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)Tr，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于變頻器能否以*優(yōu)性能運(yùn)行至關(guān)重要。

HIVERT-TVF系列變頻器可通過“轉(zhuǎn)子定位”啟動(dòng)模式自動(dòng)辨別電機(jī)轉(zhuǎn)向，所以安裝時(shí)無需考慮編碼器及電機(jī)旋轉(zhuǎn)正方向，編碼器可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活安裝在電機(jī)軸端或尾端。此外，電機(jī)轉(zhuǎn)子及定子磁極一般不可見，而絕對(duì)值式編碼器不但可以同步檢測(cè)轉(zhuǎn)子的速度，而且能通過脈沖數(shù)量準(zhǔn)確計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)于定子磁極的相對(duì)位置，從而將同步電機(jī)轉(zhuǎn)子提前定位到同步運(yùn)行狀態(tài)。

 

 

5、轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制

在電機(jī)運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)速通過脈沖編碼器構(gòu)成閉環(huán)控制。HIVERT-Y(T)VF系列變頻器速度調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)調(diào)整電機(jī)速度，以達(dá)到*快的速度響應(yīng)、*小的超調(diào)范圍。

 

 

6、電流閉環(huán)控制

在電機(jī)運(yùn)行過程中，電流通過霍爾傳感器構(gòu)成閉環(huán)控制。HIVERT-Y(T)VF系列變頻器電流調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出電流，以達(dá)到*快的電流響應(yīng)、*小的電流波動(dòng)。

 

 

7、雙（多）機(jī)聯(lián)動(dòng)控制功能

HIVERT-Y(T)VF系列變頻器具有雙（多）機(jī)聯(lián)動(dòng)控制功能。當(dāng)主機(jī)接收到外部啟動(dòng)信號(hào)后，主機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)將主機(jī)數(shù)據(jù)（包括：?jiǎn)⑼Ｐ盘?hào)、運(yùn)行頻率和轉(zhuǎn)矩電流）通過光纖實(shí)時(shí)通訊至從機(jī)；從機(jī)準(zhǔn)確跟蹤主機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，與主機(jī)保持同步。

 

HIVERT-Y(T)VF系列每臺(tái)變頻器配置接收和發(fā)送兩個(gè)光纖通訊接口實(shí)現(xiàn)主從控制。多機(jī)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)每一臺(tái)電機(jī)均配有編碼器，各個(gè)電機(jī)速度或速度及轉(zhuǎn)子位置信號(hào)均可反饋至相應(yīng)變頻器。因此，多機(jī)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)所有變頻器均具有發(fā)送主機(jī)數(shù)據(jù)、監(jiān)控電機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子位置的功能，用戶可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活設(shè)置一臺(tái)變頻器為主機(jī)、其余變頻器為從機(jī)。

 

礦井提升機(jī)用四象限高壓變頻器—— HIVERT-Y(T)VF系列

 

 

變頻器額定容量	315-4500kW/400-6000kVA※
額定電壓	6kV/10kV（-20%～+15%）※
額定頻率	50Hz/60Hz（-10%～10%）※
調(diào)制技術(shù)	矢量控制加空間矢量控制技術(shù)
控制電源	380VAC，1-20kVA(依功率等級(jí)而定)
輸入功率因數(shù)	>0.96
效率	>0.96 變頻部分>98%
輸出頻率范圍	0Hz～120Hz※
頻率分辨率	0.01Hz(0.00Hz-80.00Hz)，或0.002Hz
瞬時(shí)過流保護(hù)	200% 立即保護(hù)（可根據(jù)用戶要求定制）
過載能力	120% 2分鐘；150% 3秒；
限流保護(hù)	10%-150%設(shè)定
模擬量輸入	兩路4～20mA
模擬量輸出	四路4～20mA
上位通訊	隔離RS485接口，ModBus RTU; Profibus DP; 工業(yè)以太網(wǎng)規(guī)約（可選）
加減速時(shí)間	5秒～1600秒（與負(fù)載相關(guān)）
開關(guān)量輸入輸出	12入/13出（輸出可擴(kuò)展）
運(yùn)行環(huán)境溫度	-5～+45℃※
貯存/運(yùn)輸溫度	-40～+70℃※
冷卻方式	強(qiáng)迫風(fēng)冷
環(huán)境濕度	<95%，不結(jié)露※
安裝海拔高度	<1000米，高于海拔1000米，每增加100米降額1%運(yùn)行
粉塵	不導(dǎo)電、無腐蝕性，＜6.5mg/d ｍ３ ※
防護(hù)等級(jí)	IP30※
柜體顏色	PANTONE Cool Gray 1U ＆2915U（或根據(jù)用戶提供色標(biāo)定制）

※超出范圍請(qǐng)咨詢北京合康億盛變頻科技股份有限公司
本產(chǎn)品適用于煤礦地面主井、副井等提升設(shè)備，低瓦斯礦井井下，適用對(duì)象包括井下暗斜井、暗立井；單水平、多水平；單卷筒、雙卷筒等礦井提升機(jī)。主要應(yīng)用于礦井提升機(jī)以及各種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

      變頻器穩(wěn)態(tài)輸出電流260A，提升時(shí)*大加速電流400A，下放時(shí)*大減速電流350A，運(yùn)行穩(wěn)定。

系統(tǒng)在重載情況下啟動(dòng)，變頻器的輸出波形很平穩(wěn)，系統(tǒng)的啟動(dòng)過程均勻加速，無較大沖擊電流。從圖1中可以看出電流超前于電壓，系統(tǒng)運(yùn)行的功率因數(shù)基本處于超前狀態(tài)。

 

 

經(jīng)濟(jì)效益分析

• 吳桐莊礦主井提升系統(tǒng)完成變頻調(diào)速工程以后，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
• 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，爬行區(qū)有勁兒，加、減速快速平穩(wěn)，全速運(yùn)行時(shí)速度保持度好。啟動(dòng)和加減速階段基本不存在機(jī)械沖擊，極大的延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；
• 縮短提升時(shí)間，產(chǎn)量高。新系統(tǒng)一勾的提升時(shí)間約為110s，時(shí)間效率得到提高；
• 再生制動(dòng)，能量回饋，節(jié)約電能；
• 閘瓦磨損小，輸入輸出諧波含量極低，對(duì)電網(wǎng)無污染，對(duì)周邊設(shè)備無干擾。維護(hù)量�。�
• 實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)、軟停車，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。
• 起動(dòng)及加、減速時(shí)沖擊電流很小，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，簡(jiǎn)化了操作、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
• 起動(dòng)轉(zhuǎn)距、低頻轉(zhuǎn)距、制動(dòng)轉(zhuǎn)距均符合規(guī)定的要求。
• 運(yùn)行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。
• 遠(yuǎn)控及顯示正常，使操作方便、觀測(cè)更直觀。
• 安全保護(hù)功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護(hù)外，還設(shè)有聯(lián)鎖保護(hù)、自動(dòng)限速保護(hù)功能等
• 當(dāng)減速制動(dòng)及重物下放時(shí)，能實(shí)現(xiàn)能量回饋。

 

改造后優(yōu)點(diǎn)

 

 

序號(hào)	項(xiàng)目	完成變頻安裝后
1	加減速時(shí)間	加減速時(shí)間恒定不隨負(fù)載變化，與司機(jī)操作無關(guān)，提高了生產(chǎn)效率
2	機(jī)械沖擊	無機(jī)械沖擊
3	電網(wǎng)沖擊	啟動(dòng)時(shí)輸出電流為額定1.2倍左右，等速段、減速段、爬行段無輸出電流沖擊， 啟動(dòng)時(shí)網(wǎng)側(cè)電流為額定電流的0.3—0.4倍，無沖擊
4	低速爬行	速度閉環(huán)控制，低速爬行穩(wěn)定；可以在0.1m/s的低速平穩(wěn)運(yùn)行
5	司機(jī)操作	操作簡(jiǎn)單、容易，勞動(dòng)強(qiáng)度小
6	重物下放	再生制動(dòng)，能量回饋到電網(wǎng)，節(jié)約能量
7	系統(tǒng)節(jié)能	系統(tǒng)節(jié)能明顯，一般在10%-30%左右
8	功率因數(shù)	網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)0.95以上，符合國家標(biāo)準(zhǔn)
9	電機(jī)發(fā)熱	因電流減小，電機(jī)發(fā)熱明顯減少
10	閘瓦磨損	閘瓦磨損小，減少粉塵，改善了值班環(huán)境
11	環(huán)境溫度	無大功率發(fā)熱器件，改善了值班環(huán)境
12	諧波問題	**無諧波變頻器，輸入輸出諧波含量低，對(duì)電網(wǎng)無污染，對(duì)其他設(shè)備無干擾
13	噪聲	無噪聲，改善了值班環(huán)境
14	啟動(dòng)力矩	啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可以達(dá)到額定力矩的2倍
15	維護(hù)	維護(hù)量小

 

 

我公司自主研發(fā)的驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)、四象限運(yùn)行的大功率高壓變頻器已經(jīng)成功運(yùn)行于礦井提升機(jī)大功率同步電機(jī)負(fù)載。高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制變頻器具有四象限運(yùn)行、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、恒轉(zhuǎn)矩輸出、調(diào)速范圍寬、諧波小等顯著特點(diǎn)。填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白，打破了國外持久以來的壟斷現(xiàn)狀，為民族產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新、開拓起到了榜樣作用。